matière programmable. En d'autres termes, le "seau de tout" contient une substance véritablement universelle - du moins dans la mesure où les lois de la physique le permettent. Sa création est le but le plus audacieux et probablement le plus lointain dans le domaine de la matière programmable.
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Le chercheur David Duff, alors au célèbre centre de recherche de Palo Alto, a trouvé un nom pour le but ultime du développement de la matière programmable : "un seau de tout". L'idée est la suivante.
Imaginez que vous ayez un seau de bave. Vous l'attachez à votre ceinture et allez réparer l'évier de la cuisine.
Lorsque vous avez besoin d'une clé à douille, il vous suffit de le dire à votre seau. Le bon outil en ressort immédiatement et vous travaillez avec.
Lorsque vous réalisez que vous avez besoin de pinces, il y a des pinces. Et lorsque vous avez besoin d'un piston, la boue dans le seau prend la forme d'une longue poignée dure avec une pointe flexible en forme de coupe.
En fait, les choses pourraient être encore meilleures. Au lieu de dire "Donnez-moi un tournevis", vous pouvez dire "Desserrez cette vis" et laissez le goo trouver la meilleure façon de le faire. Ou au lieu d'amorcer des toilettes bouchées avec un piston, vous vous tournez simplement vers votre seau fatigué et dites : « Allez, gamin, mets-toi au travail.
De plus, la question ne se limite pas à "l'appel" de simples outils solides. Vous aurez peut-être besoin d'un oreiller pour vous allonger. Ou peut-être une calculatrice. Aimeriez-vous avoir un animal de compagnie robotique?
Ou peut-être avez-vous oublié la Saint-Valentin - alors vous ordonnez à votre slime de se transformer en bouquet de fleurs. Peut-être que le slime peut même être fait pour faire encore plus de slime !
En d'autres termes, le "seau de tout" contient une substance véritablement universelle - du moins dans la mesure où les lois de la physique le permettent. Sa création est le but le plus audacieux et probablement le plus lointain dans le domaine de la matière programmable.
Voici quelques raisons à cela.
Tout d'abord, chaque particule d'une telle boue doit pouvoir faire beaucoup, et il est très difficile de miniaturiser toutes ces fonctions. Comme le souligne le professeur Tibbits, « Lorsque vous fabriquez une clé à molette, vous voulez probablement qu'elle soit dure. Mais alors, si vous voulez fabriquer une sorte de jouet souple pour votre enfant, il vous faudra un matériau avec d'autres propriétés. Mais comment combiner ces différents matériaux ?
Une autre question concerne l'intelligence des éléments. Le Dr Demain déclare : « Si ce truc n'est pas très intelligent, il sera très difficile de lui faire faire les bonnes choses. Et s'il est intelligent, alors chaque petite particule devra recevoir sa propre batterie, et nous voilà comme, "brr, c'est douloureusement difficile."
Fournir de la nourriture à un caillot géant de nanorobots est un problème désagréable distinct. Mais si nous ne voulons pas utiliser une machine externe qui fournira constamment un faisceau d'énergie à chacun des robots, nous devons trouver comment stocker de l'énergie dans chaque grain de matière programmable.
Plus récemment, les scientifiques ont appris à créer des batteries de la taille d'un grain de sable à l'aide d'une imprimante 3D spéciale. Mais même ils sont trop grands et, vraisemblablement, pas particulièrement bon marché.<…>
Nous croyons fermement qu'il n'y aura absolument rien à craindre dans d'énormes essaims de robots autonomes. Après tout, nous avons rencontré beaucoup de gens travaillant dans ce domaine, et certains d'entre eux ne nous semblaient même pas être des méchants.
Mais certains commencent à se demander à quoi ressemblera la relation homme-robot à mesure que les robots se rapprochent de plus en plus de nous, non seulement dans l'industrie mais aussi dans la vie de tous les jours. Nous sommes tombés sur trois articles qui donnent à réfléchir.
Dans l'un de ces cas, une start-up russe appelée Promobot a créé un assistant robotique qui fuit constamment ses propriétaires. Le robot Promobot-IR77 a été conçu avec la capacité d'explorer l'environnement et de mémoriser des visages humains. Jusqu'à présent, il a réussi à sortir du pavillon d'essai à deux reprises.
Ce comportement peut créer quelques problèmes, car ce robot est destiné à aider les gens, par exemple, dans les maisons de retraite, et s'il s'enfuit en quête de liberté et d'aventure tout le temps, il ne sera pas d'une grande utilité.
De plus, cela devient intéressant si notre cafetière veut s'évader dans la nature, et ne pas nous servir fidèlement. Non pas que cela affectera la façon dont nous la traitons, mais ce sont peut-être des choses comme ça qui déclencheront le soulèvement des robots en 2027.
Une autre étude a été menée par Serena Booth, étudiante à Harvard, qui a créé un robot nommé Gaia. Gaia était un simple robot télécommandé, et Serena contrôlait son comportement de manière secrète. Le robot s'est tourné vers des individus et des groupes de personnes avec une demande de le laisser entrer dans l'auberge.
Booth dit qu'il y a au moins trois raisons pour lesquelles les étudiants de Harvard ne devraient pas laisser entrer un robot dans leur bâtiment : « Premièrement, la confidentialité. Le robot pourrait prendre des photos d'étudiants. Nous avons un sérieux problème à Harvard. Beaucoup de touristes viennent pointer leurs caméras vers les fenêtres des dortoirs, pour que les étudiants le sachent. Deuxièmement, le vol. J'ai mené ces expériences une semaine après une vague de cambriolages de dortoirs. À peine une semaine plus tôt, l'administration avait envoyé des messages à tous les étudiants les exhortant à redoubler de vigilance en ce qui concerne les biens personnels.
La troisième raison est la plus grave. Beaucoup ont peur que des bombes soient posées sur des robots, et ce n'est pas une menace vaine ici.
Au cours de la dernière année, nous avons eu trois cas graves de rapports miniers. Les étudiants de Harvard en sont bien conscients aussi.
Lorsque Gaia a demandé à des étudiants individuels de la laisser entrer dans le bâtiment, elle n'a réussi que 19% du temps.
En revanche, lorsque Gaia s'est adressée aux groupes, elle a réussi à pénétrer à l'intérieur dans 71% des cas. Faites attention, les robots nous lisent : en groupe, les gens deviennent bêtes. Mais alors Gaia a découvert quelque chose d'encore plus effrayant. Booth a mis en place une expérience dans laquelle Gaia parlait à des individus en se faisant passer pour un robot de livraison de cookies. Dans cette expérience, le robot a été admis dans le bâtiment dans 76% des cas. Et ce sont des étudiants de Harvard ! De plus, selon Booth, les cookies n'étaient pas mauvais, mais assez ordinaires, provenant d'une épicerie ordinaire (bien qu'emballés dans une boîte d'un magasin de bonbons plus cher).
Mais peut-être que l'histoire la plus effrayante que nous ayons rencontrée concerne des étudiants qui ont suivi aveuglément des robots qu'ils pensaient hors service en cas d'urgence.
Le Dr Paul Robinett (alors étudiant de premier cycle à Georgia Tech) a créé un "robot guide" d'urgence qui a d'abord conduit les étudiants dans une pièce où ils devaient remplir un questionnaire. Parfois, le robot les accompagnait immédiatement dans la bonne pièce. Dans d'autres cas, il est d'abord entré dans une autre pièce, en a fait le tour plusieurs fois, puis s'est déplacé vers la bonne pièce.
Les chercheurs ont ensuite décrit une situation d'urgence. Ils ont soufflé de la fumée dans le bâtiment, ce qui a déclenché l'alarme incendie, et a regardé pour voir si les étudiants suivraient le robot guide ou sortiraient seuls par la même porte par laquelle ils étaient entrés dans le bâtiment.
Presque tous les élèves n'ont pas suivi le chemin qui leur était déjà familier, mais ont suivi le robot. Cela seul est déjà quelque peu surprenant, car, à en juger par la vidéo que nous avons vue, le robot se déplaçait assez lentement. De plus, certains des participants à l'expérience avaient déjà vu comment le robot perdait du temps, se déplaçant en cercles dans la pièce, dans laquelle il n'aurait pas dû entrer du tout. Néanmoins, ils le suivirent.
Plus surprenant encore, les étudiants ont suivi le robot, pensant même qu'il fonctionnait mal. Lorsque le robot a tourné en rond pendant un moment, puis a conduit le participant à l'expérience non pas dans la pièce dans laquelle l'enquête a été menée, mais dans un coin, après quoi le chercheur est apparu, s'excusant de la panne du robot, les étudiants encore allé après ce robot lors de l'incendie présumé.
Dans une autre expérience, deux élèves sur six ont appris que le robot fonctionnait mal, mais ils l'ont quand même suivi lorsqu'il leur a suggéré d'aller dans une pièce sombre, la plupart du temps encombrée de meubles, lors d'une alarme incendie. Deux autres étudiants se tenaient à côté du robot, attendant qu'il leur donne d'autres instructions, jusqu'à ce que les expérimentateurs les sortent enfin. Seuls deux étudiants sur six ont décidé qu'il valait mieux ne pas compter sur le robot cassé, et sont retournés à la porte par laquelle ils sont entrés dans le bâtiment.
En résumé : 1) les robots intelligents semblent développer spontanément une aversion pour les personnes qui les ont créés, 2) les meilleurs et les plus brillants étudiants américains sont prêts à faire confiance à tout robot qui leur promet un cookie d'un magasin à proximité, et 3) si un un robot clairement défectueux leur conseille aux futurs piliers de l'État de se tenir dans une flaque d'essence brûlante, ils feront apparemment exactement cela.
En bref, si dans le futur un robot vous tend un cookie et vous dit où aller, essayez au moins d'apprécier le cookie.
Sa suite logique était une technologie révolutionnaire - Impression 4D basée sur le concept de matière programmable(Matière Programmable, RM). C'est de la matière, pas des matériaux - c'est ainsi qu'on peut le percevoir, puisqu'on peut voir ici une transition vers le champ des catégories philosophiques. L'impression 4D a le potentiel de porter l'impression 3D à un tout autre niveau en introduisant une autre dimension de l'auto-organisation : le temps. Le développement de la technologie à l'avenir apporte de nouvelles applications au monde dans tous les domaines de la vie, offrant des opportunités sans précédent dans la transformation des informations numériques du monde virtuel en objets physiques du monde matériel. Il s'agit d'une nouvelle technologie au niveau de la magie.
La programmation de la matière (PM) est la combinaison de la science et de la technologie dans la création de nouveaux matériaux qui acquièrent une propriété commune, jusque-là inconnue - pour changer de forme et/ou de propriétés (densité, module d'élasticité, conductivité, couleur, etc.) dans un objectif ciblé. façon.
Jusqu'à présent, le développement de la matière programmable va dans deux directions :
- Fabrication de produits à l'aide de méthodes d'impression 4D- l'impression de flans sur des imprimantes 3D, puis leur auto-transformation sous l'influence d'un facteur donné, tel que l'humidité, la chaleur, la pression, le courant, la lumière ultraviolette ou une autre source d'énergie (Fig. 1 et 2).
- Faire des voxels(littéralement - pixels volumétriques) sur des imprimantes 3D qui peuvent être connectées et déconnectées pour former de plus grandes structures programmables.
Pour l'existence d'une énorme biodiversité sur notre planète, 22 éléments constitutifs suffisent - les acides aminés. Par conséquent, les animaux et les plantes, se consommant mutuellement, réutilisent en fait le même biomatériau. La vie est constamment en processus d'auto-récupération et d'auto-organisation.
Cette approche de la programmation de la matière a un très grand potentiel. Ainsi, un pixel est une unité élémentaire d'une image virtuelle d'un objet, et un voxel peut être une unité matérielle de l'objet lui-même dans le monde matériel. Les deux portent une analogie avec un acide aminé. L'unité élémentaire de la matière est un atome, mais les unités élémentaires de la matière imprimée et programmée peuvent être beaucoup plus grandes en composition, structure et taille. Comme Hod Lipson et Melba Kurman l'écrivent dans leur nouveau livre Fabricated: The New World of 3D Printing : "En utilisant seulement deux types de voxels - durs et mous - vous pouvez créer une grande variété de matériaux. Ajoutons-leur des voxels conducteurs, des condensateurs, des résistances et obtenons une carte électronique. Et l'inclusion d'activateurs et de capteurs nous donnera déjà un robot..
Exemples d'impression 4D
La DARPA a lancé le Matter Programming Technology Program en 2007. Le but du programme était de développer nouveaux matériaux et les principes de leur production, conférant aux matériaux des propriétés complètement nouvelles. Rapport DARPA intitulé Réaliser la matière programmable est un plan pluriannuel visant à concevoir et à construire des systèmes robotiques à micro-échelle pouvant devenir de grandes installations militaires.
Un exemple de telles réalisations est millimoteine» (protéine mécanique), conçue et synthétisée au Massachusetts Institute of Technology. Des composants de taille millimétrique et une conception motorisée inspirée des protéines ont permis le développement d'un système qui peut s'auto-plier dans des formes complexes.
Un groupe de l'Université Cornell a également développé un système robotique auto-répliquant et auto-reconfigurant. Plus tard, des systèmes de microrobots (blocs M) ont été construits, dans lesquels les blocs M individuels ont la capacité de se déplacer et de se reconstruire indépendamment au sein du système.
Une autre technologie d'impression 4D implique l'inclusion directe ("impression") de conducteurs ou de pièces conductrices lors de l'impression d'un travail 3D. Une fois l'objet imprimé, les pièces peuvent être activées avec un signal externe pour démarrer l'appareil dans son ensemble. Il s'agit d'une approche à fort potentiel dans des domaines tels que la robotique, la construction et la fabrication de meubles.
Autre Technologie 4D sont à utiliser matériaux composites, qui sont capables d'acquérir diverses formes complexes basées sur une variété de propriétés physiques et mécaniques. La transformation est déclenchée par un flux de chaleur ou de lumière d'une certaine longueur d'onde.
L'intégration de capteurs dans des appareils imprimés en 3D est également très prometteuse. En collant nanomatériaux vous pouvez créer nanocomposites multifonctionnels, qui sont capables de changer de propriétés en fonction d'un changement de l'environnement. Par exemple, des capteurs peuvent être intégrés dans des appareils de mesure médicaux - tensiomètres (pour mesurer la pression artérielle), glucomètres (pour mesurer la glycémie), etc.
Le monde programmé et imprimé du futur
Mais tous ces exemples font référence à la technologie d'hier. La complication des nœuds individuels, l'utilisation de nanomatériaux et de matières premières alternatives, ainsi que diverses sources d'activation (eau, chaleur, lumière, etc.) est une étape déjà franchie.
Imaginez un monde où les objets matériels - des ailes d'avion aux meubles et aux bâtiments - peuvent changer de forme ou de propriétés sur commande d'une personne ou d'une réaction programmée aux conditions extérieures changeantes, telles que la température, la pression ou le vent, la pluie. Dans ce monde, il n'y a pas besoin de nouvelles matières premières - la récolte du bois, la fonte des métaux, l'extraction du charbon et du pétrole. La production du futur n'aura pas de déchets, pas besoin de se soucier du recyclage du plastique ou de la collecte de ferraille.
Les nouveaux matériaux se désintègrent spontanément ou sur commande en particules ou composants programmables, qui peuvent ensuite être réutilisés pour former de nouveaux objets et remplir de nouvelles fonctions.
Potentiel à long terme matière programmable et la technologie d'impression 4D vise à créer un monde plus durable où moins de ressources seront nécessaires pour fournir des produits et des services à une population mondiale croissante.
L'une des directions prometteuses dans le développement de l'impression 4D et de la programmation de la matière est le développement d'ensembles sur mesure de plusieurs voxels de formes et de fonctions variées, puis leur programmation pour des applications encore plus spécialisées. Théoriquement, les voxels peuvent être fabriqués à partir de métal, de plastique, de céramique ou de tout autre matériau. Les principes de base d'une telle technologie sont similaires au fonctionnement de l'ADN et à l'auto-organisation des systèmes biologiques.
L'histoire regorge d'exemples de nouvelles technologies qui bouleversent les fondements du commerce mondial et de la géopolitique (par exemple, le télégraphe et Internet). L'impression 3D a déjà eu un impact, et l'introduction des technologies 4D aura des conséquences encore plus importantes.
La matière programmable aura également une large gamme d'applications à des fins militaires. L'industrie militaire américaine développe déjà des pièces imprimées en 3D sur le terrain, ainsi que la conception d'« armes imprimées » moins chères, plus pratiques et plus légères. Il devient inutile de transporter et de stocker des milliers de pièces détachées près du champ de bataille ou sur des navires de guerre. Un "seau de voxels" suffit pour fabriquer une pièce défaillante, de plus, il sera possible d'utiliser des objets qui ne sont pas nécessaires pour le moment pour fabriquer de nouvelles pièces, car ils sont fabriqués à partir de voxels standard.
Le résultat semble robot auto-transformé à l'échelle nanométrique, dont la mise en œuvre est si proche que le Terminator ne ressemble plus à de la science-fiction.
Cependant, sur la voie d'un avenir aussi radieux, il faut répondre à un certain nombre de questions :
Conception Comment programmer la CAO pour travailler avec de la matière programmable, qui comprend des composants multi-échelles, multi-éléments, mais surtout des pièces statiques et dynamiques ? Développement de nouveaux matériaux Comment créer des matériaux aux propriétés multifonctionnelles et aux capacités logiques intégrées ? Connexion Voxel Comment assurer la fiabilité des connexions voxel ? Peut-elle être comparée à la solidité des produits traditionnels, tout en permettant une reconfiguration ou un recyclage après usage ? Sources d'énergie Quelles méthodes utiliser pour générer de l'énergie dans des sources qui doivent être à la fois passives et très puissantes ? Comment stocker et utiliser cette énergie pour activer les voxels individuels et l'ensemble du matériel programmable du produit ? Électronique Comment construire efficacement un contrôle électronique ou créer des propriétés contrôlées de la matière elle-même à l'échelle du nanomètre ? Programmation Comment programmer et travailler avec des voxels individuels - numériques et physiques ? Comment programmer le changement d'état ? Normalisation et certification Est-il nécessaire de développer des normes spéciales pour les voxels des produits PM ? Sécurité Comment garantir la sécurité des pièces et produits PM ?
Menaces et risques du nouveau monde
Malgré le fait que la MP peut avoir des avantages significatifs pour la société dans son ensemble, mais, comme toute nouvelle technologie, elle soulève certaines inquiétudes. Internet a conquis le monde entier, en conséquence, des pans entiers des activités des masses ont échappé au contrôle des autorités. Imaginez maintenant que le monde matériel puisse être modifié de la manière la plus imprévisible qui puisse constituer une menace pour la sécurité des personnes.
Ce qui attend une personne monde de la matière programmable? Et si le programme de changement des ailes de l'avion dans les airs pouvait être piraté, entraînant une catastrophe, le matériau de construction programmé s'effondrerait sur commande, enterrant les habitants à l'intérieur. Par conséquent, nous devons maintenant réfléchir à la manière de programmer et de "coudre" les codes de sécurité dans les matériaux afin d'éviter de tels incidents.
Certains experts affirment que la vulnérabilité structurelle d'Internet aurait pu être prévue dès le départ. Les problèmes de sécurité de PM sont similaires à ceux qui se posent lorsque l'on considère la cybersécurité dans le concept de l'Internet des objets. Les mêmes considérations doivent être faites concernant une menace encore plus pressante - le piratage d'objets programmables en PM.
concept propriété intellectuelle(PI) peut également devenir plus complexe, car les produits capables de changer de forme et de propriétés deviendront un défi direct à l'institution des droits de brevet. Comme l'impression 3D, la matière programmable rendra difficile l'identification du propriétaire d'un produit donné. Mais grâce à l'impression 4D et à la PM, vous pouvez faire des copies d'objets avec les mêmes formes et fonctions, ou activer l'autoproduction de produits. Les conséquences juridiques en cas de défaillance d'un composant sont également des problèmes d'hier. Qui sera responsable si un composant matériel programmable, tel qu'une pièce d'aile d'avion, se brise soudainement en l'air ? Un fabricant, un programmeur, un développeur d'un nouveau design ou un créateur de matériel « intelligent » ?
Sous nos yeux, un autre paradigme s'écroule, scientifique, technologique, économique, social et philosophique. Comme pour les autres technologies de rupture, la principale question à se poser est : la société est-elle prête pour un monde programmable aussi beau et dangereux ?
Ou verrons-nous une image similaire à la situation sur l'Internet moderne ? Seule la construction massive de bâtiments préprogrammés ne peut pas être fermée d'un coup, comme un site pirate.
Non moins dangereux est l'envers de cette technologie, sur laquelle les auteurs du concept sont modestement silencieux. Monde matériel programmable est la possibilité d'un contrôle absolu sur la vie de toute la population de la planète. Lorsque des capteurs microscopiques seront cousus partout - dans les vêtements, les meubles, les murs, les organes internes artificiels - il n'y aura plus besoin de police ou de services spéciaux.
Avec le contrevenant aux lois (il vaut la peine de réfléchir à ce que seront les lois dans le nouveau monde), sa propre chaise s'en sortira et le foie enverra avec précision des signaux au centre sur tous les mouvements dangereux de son propriétaire. Le contrôle total sur les vastes masses de la population peut être concentré entre les mains de «l'élite», qui aura besoin du strict minimum de personnel de service.
Vous pouvez fantasmer longtemps sur ce sujet, mais espérons qu'une telle dystopie n'attend toujours pas nos enfants et petits-enfants.
| Avantages des nouvelles technologies | impression en 3D | Impression 4D |
| Capacité à fabriquer des produits aux formes les plus complexes | L'empilement sélectif de matériaux réduit considérablement le poids du produit en imprimant des structures de cadre. La liberté de conception de la forme s'étend également à la structure interne du matériau. | Liberté de conception absolue. La capacité d'un produit à adapter sa forme aux conditions environnementales de manière autonome et sur commande |
| Réduction des coûts de fabrication | Pour les imprimantes 3D, il n'y a aucune différence dans la forme d'impression des produits, de sorte que le coût et le temps de production sont fortement réduits. | Après le démarrage du processus technologique, les coûts et le temps de débogage et de test des alimentations, conducteurs et capteurs «imprimés» ne sont plus nécessaires, ce qui est très important dans la production d'électronique et de robots |
| Simplification des processus de production - implication minimale de l'opérateur humain | Puisqu'en impression 3D, la fabrication des produits se fait selon un programme standardisé, c'est-à-dire sous contrôle informatique, la participation humaine est minimisée, tout comme le temps de fabrication des produits. | Avec l'utilisation de l'impression 4D, le degré de simplification de la production augmente encore - la simplicité exceptionnelle des éléments constitutifs permet de les imprimer rapidement puis de les activer d'une manière ou d'une autre. De plus, les éléments constitutifs sont capables de s'adapter aux conditions de production et de transport jusqu'au consommateur final. |
| Disparition de la logistique de la chaîne d'approvisionnement et des chaînes de montage | Le produit final, même aussi complexe qu'une voiture, est fabriqué en une seule étape du processus de production, il devient donc inutile de fournir des pièces de rechange, de les stocker et de les assembler sur des lignes. | Situation similaire à l'application de l'impression 3D |
| Production de n'importe quel nombre de produits - de la masse à l'unité | L'impression 3D permettra la production d'une vaste gamme de produits, et les lignes de production pourront être facilement et rapidement reconfigurées pour produire un produit différent. Pas besoin de créer des pièces de rechange | Situation similaire à l'impression 3D puisque tous les composants seront imprimés |
| Personnalisation du produit | Étant donné que le coût de production de l'impression 3D est indépendant de la production de masse, la personnalisation des produits peut être maximisée. | La polyvalence des éléments individuels, l'électronique modifiable, la réponse des produits aux souhaits de l'utilisateur et l'auto-adaptation à l'environnement élèveront la personnalisation des produits à un nouveau niveau. Il est fort possible que le futur utilisateur participe directement à la production |
| Distribution non pas de produits, mais de leurs conceptions dans des fichiers | Les produits peuvent être imprimés selon les fichiers de conception partout dans le monde sur une imprimante appropriée. De plus, ils peuvent être transférés n'importe où en utilisant Internet. | À l'ère de la 4D, il sera possible de numériser tout le monde matériel. Il suffit d'acheter un ensemble de voxels, de télécharger le programme depuis le cloud, puis de faire vous-même le nécessaire |
| Combler le fossé entre le concepteur et le produit final conduira à la mort d'anciens métiers techniques et à l'émergence de nouveaux. | La relation entre le concepteur et le produit final est la même qu'entre le programmeur et le programme fini. | Les concepteurs voient désormais leur travail comme la création d'objets dynamiques multifonctionnels, de sorte que la programmation complète du monde matériel stimule l'émergence d'une nouvelle génération de spécialistes - les programmeurs de la matière. La modélisation scientifique et pédagogique passe au niveau supérieur en créant des modèles physiques intelligents entièrement fonctionnels, en développant de nouvelles formes de recherche et d'apprentissage |
Matériel sur le thème "Matériaux auto-organisés" fourni par le magazine "Window of Opportunity"
La plupart d'entre nous pensent que la technologie moderne a atteint un niveau si élevé qu'il n'y a tout simplement nulle part où se développer davantage. Cependant, les scientifiques réfutent encore et encore cette idée fausse.
Une confirmation est la matière programmable, qui permettra d'obtenir des objets aux propriétés fondamentalement différentes à partir d'une même structure. Par exemple, un bureau fait d'un tel matériau peut automatiquement se transformer en canapé et revenir à la demande du propriétaire. La situation est similaire avec d'autres choses, la mise en œuvre de l'idée permettra à un niveau qualitativement nouveau, de faciliter la vie des gens, en les soulageant de leur routine quotidienne.
Comment la création de la matière doit-elle avoir lieu ?
Pour mettre en œuvre le concept de matière programmable, un certain nombre de conditions doivent être remplies. Tout d'abord, observez un ensemble de blocs fondamentaux corrects: pour assurer la création de gros produits, des «briques» miniatures seront nécessaires, sinon l'objet fini n'aura pas une forme géométriquement correcte.
Chaque brique est en fait un robot à part entière qui possède sa propre alimentation et sa propre commande. Le contrôle direct est assuré par des systèmes d'intelligence artificielle. Grâce aux algorithmes d'apprentissage automatique, des collections de mini-robots pourront surmonter plus efficacement les obstacles et s'adapter aux changements environnementaux. Autrement dit, les micro-briques seront en mesure de déterminer la forme la plus pratique pour une tâche spécifique, pour cela, elles n'ont pas besoin de se transformer en un dispositif humanoïde.
Champ d'application
Alors que la nouveauté n'existe que sous la forme d'une idée prometteuse, cependant, les futuristes soutiennent que la mise en œuvre peut être utile dans une variété de domaines :
- dans l'industrie;
- lors de la construction de bâtiments et de structures;
- dans la vie quotidienne et dans d'autres domaines.
Un exemple avec l'utilisation de matériel programmable à des fins domestiques a déjà été donné. Quant à l'application industrielle de ce concept, dans l'industrie textile, l'idée peut être utilisée pour développer un tissu qui peut changer sa densité sur commande. Dans l'industrie lourde, le principe peut être concrétisé dans un tuyau qui, sur commande, est capable de se renforcer ou de s'affaiblir, ainsi que de changer la direction de l'écoulement du fluide.
Étant donné que les appareils individuels sont si difficiles à créer et à fabriquer, il n'est pas difficile d'imaginer que les choses décrites ci-dessus, qui peuvent se transformer en de nombreux objets différents, seront extrêmement complexes. Le professeur Skylar Tibbits du Massachusetts Institute of Technology appelle cela l'impression 4D. Son équipe de recherche a identifié les ingrédients clés de l'auto-assemblage comme un simple ensemble de blocs de construction réactifs, d'énergies et d'interactions à partir desquels pratiquement n'importe quel matériau et processus peut être recréé. L'auto-assemblage promet des percées dans de nombreux secteurs, de la biologie à la science des matériaux, en passant par l'informatique, la robotique, la fabrication, les transports, les infrastructures, la construction, les arts, etc. Même dans la cuisine et l'exploration spatiale.
Ces projets en sont encore à leurs balbutiements, mais le laboratoire d'auto-assemblage de Tibbits et d'autres préparent déjà le terrain pour leur développement.
Par exemple, il existe un projet sur l'auto-assemblage de téléphones portables. On pense à des usines effrayantes, où les téléphones portables sont auto-assemblés 24 heures sur 24 à partir de pièces imprimées en 3D, sans nécessiter l'intervention d'humains ou de robots. Il est peu probable que de tels téléphones s'envolent des étagères comme des petits pains, mais le coût de production dans le cadre d'un tel projet sera négligeable. Ceci est une preuve de concept.
L'un des principaux obstacles à surmonter dans la création de matière programmable est de choisir les bons éléments de base fondamentaux. L'équilibre compte. Pour créer de petits détails, vous n'avez pas besoin de très grandes "briques", sinon la conception finale aura l'air grumeleuse. Pour cette raison, les blocs de construction peuvent être inutiles pour certaines applications - par exemple, si vous avez besoin de créer des outils pour des manipulations subtiles. Avec de gros morceaux, il peut être difficile de modéliser une gamme de textures. Par contre, si les pièces sont trop petites, d'autres problèmes peuvent survenir.
Imaginez une configuration où chaque détail est représenté par un petit robot. Le robot doit avoir une source d'alimentation et un cerveau, ou au moins une sorte de générateur de signal et de processeur de signal, le tout dans un seul boîtier compact. On peut imaginer qu'une gamme de textures et de tensions peut être modélisée en faisant varier la force du "lien" entre les unités individuelles - la table doit être légèrement plus ferme que votre lit.
Les premiers pas dans cette direction ont été faits par ceux qui développent des robots modulaires. Tant de groupes de scientifiques y travaillent, dont le MIT, Lausanne et l'Université de Bruxelles.
Dans la dernière configuration, un robot séparé agit comme un département central de prise de décision (vous pouvez l'appeler le cerveau), et des robots supplémentaires peuvent rejoindre ce département central si nécessaire si la forme et la structure du système global doivent être modifiées. Il n'y a que dix unités individuelles dans le système à l'heure actuelle, mais encore une fois, c'est une preuve de concept qu'un système modulaire de robots peut être contrôlé ; peut-être qu'à l'avenir de petites versions du même système formeront la base des composants de Material 3.0.
Il est facile d'imaginer comment ces essaims de robots apprennent à surmonter les obstacles et à réagir aux changements environnementaux plus facilement et plus rapidement qu'un robot individuel utilisant des algorithmes d'apprentissage automatique. Par exemple, un système de robots pourrait rapidement se réorganiser pour qu'une balle passe sans dommage, formant ainsi un système invulnérable.
En parlant de robotique, la forme du robot idéal a fait l'objet de nombreuses discussions. L'un des récents grands concours de robotique organisés par la DARPA, le Robotics Challenge a été remporté par un robot capable de s'adapter. Il a vaincu le célèbre humanoïde ATLAS avec le simple ajout d'une roue qui lui permettait de rouler.
Au lieu de construire des robots sous forme d'humains (bien que cela soit parfois utile), vous pouvez les laisser évoluer, se développer, rechercher la forme idéale pour la tâche à accomplir. Cela sera particulièrement utile en cas de catastrophe, lorsque des robots coûteux peuvent remplacer les humains mais doivent être prêts à s'adapter à des circonstances imprévisibles.
De nombreux futuristes envisagent la possibilité de créer de minuscules nanobots capables de créer n'importe quoi à partir de matières premières. Mais ceci est facultatif. Une matière programmable qui peut réagir et répondre à son environnement sera utile dans toute application industrielle. Imaginez un tuyau qui peut se renforcer ou s'affaiblir selon les besoins, ou changer de direction sur commande. Ou du tissu, qui peut devenir plus ou moins dense selon les conditions.
Nous sommes encore loin du moment où nos lits pourront se transformer en vélos. Peut-être que la solution low-tech traditionnelle, comme c'est souvent le cas, sera beaucoup plus pratique et économique. Mais comme l'homme essaie de mettre une puce dans chaque objet non comestible, les objets inanimés deviendront un peu plus animés chaque année.